Le cycle du carbone

CarboOcean

CARBOOCEAN : Détermination des sources et puits de carbone dans l’océan

Sur la totalité des émissions de CO₂ liées aux activités humaines, seule une moitié environ reste dans l’atmosphère, l’autre moitié étant réabsorbée et stockée par le système lui-même. On parle alors de puit de carbone. L’océan a une capacité énorme à stocker le carbone dans les fonds marins : c’est un puit de carbone très efficace dont on ne sait pas encore totalement quantifier le rôle. C’est à cette quantification que va s’attacher le projet CARBOOCEAN ainsi qu’à la compréhension des mécanismes physiques et biogéochimiques en jeu. L’objectif est de réduire d’un facteur deux les incertitudes présentes au niveau de l’océan mondial et d’un facteur quatre pour l’océan Atlantique.

Grâce à CARBOCEAN, on espère pouvoir répondre de manière claire aux questions suivantes :

• Quelle est précisément l’intensité du puit de CO₂ en Atlantique et dans l’océan austral (c’est à dire quelle est l’efficacité du transport et du stockage de carbone vers le fond des océans) ?

• Quelle est la contribution des rivières européennes au bilan de CO₂ de l’océan nord-atlantique (phénomène d’érosion et de dissolution des particules carbonées) ?

• Quelles sont les rétroactions biogéochimiques clées qui peuvent affecter les sources et puits de carbone océaniques et comment fonctionnent-elles ?

• Quel sera l’impact de ces rétroactions sur changement climatique au cours des deux cents prochaines années ?

CARBOOCEAN regroupe 39 partenaires européens.

Lien vers CarboOcean : www.carboocean.org/

CarboEurope

Même si l'on connaît assez bien la théorie des processus intervenant dans la régulation du CO₂ atmosphérique, les valeurs de ces échanges ne sont pas encore déterminées avec précision. Par exemple, on ne sait encore si des larges étendues continentales, comme la Sibérie ou le plateau canadien, se comportent comme des sources ou des puits de gaz carbonique.

Pour connaître avec précision les échanges de CO₂, il est nécessaire de mettre en commun les protocoles expérimentaux et les résultats des mesures, afin que les laboratoires mènent leurs recherches dans un même sens et vers des résultats comparables.

L’objectif du projet CARBOEUROPE est de comprendre et de quantifier le bilan de carbone de l’Europe ainsi que de réduire les incertitudes associées, à l’échelle locale, régionale et continentale.

Pour parvenir à ces objectifs, les scientifiques européens focalisent leurs recherches sur quatre axes principaux :

(1) la mise en oeuvre d’études ciblées sur les différents réservoirs de carbone et de mesure des échanges de CO₂ entre les différents réservoirs ;

(2) la mise en place d’un réseau de stations de mesure à haute précision du CO₂ et d’autres espèces traces dans l’atmosphère au niveau européen (mesures en continues, campagnes d’observation intenses à l’aide d’avions laboratoires …), conjointement avec l’amélioration de la précision et de la fiabilité des mesures (procédures d’intercomparaisons au niveau des laboratoires européens et mondiaux) ;

(3) la réalisation d’une expérience régionale de grande ampleur, actuellement en cours dans le sud-ouest de la France, associant de nombreux partenaires européens et la mise en commun d’un grand nombre de moyens de mesures et de compétences ;

(4) l’intégration et l’interprétation de l’ensemble des données au moyen de systèmes d’assimilation et de modélisation innovants.

Le projet CARBOEUROPE regroupe 61 centres de recherche de 17 pays européens.

Lien vers le site de CarboEurope : http://www.carboeurope.org/

GEMS

GEMS : Observation du système Terre à l’aide de satellite et de mesures in-situ

Le projet intégré GEMS a pour but la création d’un système opérationnel Européen d’observation planétaire de la chimie et de la dynamique de l’atmosphère. A terme, l’objectif est d’être capable de faire des prédictions à court (1-3 jours) et moyen termes (3-7 jours) de la composition chimique de l’atmosphère, en exploitant les données satellites obtenues depuis l’espace.

Le consortium GEMS comprend plus de dix centres régionaux qui ont pour la plupart des responsabilités en termes de suivi et de prédiction de la qualité de l’air à l’échelle régionale, dix laboratoires de recherche qui effectuent de la modélisation en chimie atmosphérique et deux laboratoires Européens de modélisation atmosphérique globale, ECMWF et JRC.

Un système intégré de prédiction/assimilation permettra un suivi dans l’atmosphère des gaz à effet de serre, des espèces réactives et des aérosols. Des analyses rétrospectives de la chimie et de la dynamique de l’atmosphère permettront de mesurer, à la fois à l’échelle planétaire et régionale, les changements qui s’effectuent au niveau des valeurs moyennes mais aussi au niveau des évènements extrêmes.

Les prédictions régionales obtenues seront utilisées par les autorités en charge du contrôle de la qualité de l’air dans douze villes à travers l’Europe.

L’objectif final des travaux scientifiques initiés au travers de trois projets présentés ci-dessus est d’apporter des réponses scientifiques à des questions clés dans le domaine du changement climatique afin de permettre aux responsables nationaux de prendre les décisions adaptées en terme de maîtrise des ressources environnementales, de préservation de l’environnement et de réduction des émissions de gaz à effet de serre, dans le contexte régional, national et international.

Le LSCE et le cycle du carbone

Le cycle du carbone fait intervenir des échanges entre quatre réservoirs : les océans, la biosphère, la lithosphère et l’atmosphère. Entre ces réservoirs existe un cycle naturel qui est actuellement perturbé par l’homme. Il s’agit de bien comprendre le fonctionnement du cycle pour essayer d’anticiper les changements possibles ... Le LSCE a ceci d’unique qu’il étudie le cycle du carbone au niveau de tous les principaux réservoirs et ce dans le passé, le présent, le futur, en utilisant à la fois la modélisation et des observations directes.

L’équipe Ramces, par exemple, développe et gère un réseau d’une quinzaine de sites de mesures atmosphériques à travers le monde. Les principaux gaz à effet de serre comme par exemple le CO₂ (dioxyde de carbone) et le CH₄ (méthane) sont étudiés mais aussi les isotopes du carbone comme le C₁₃ et le C₁₄. Ces mesures de très haute précision permettent de détecter les changements de concentrations des différents gaz dans l’atmosphère, elles servent à valider les modèles atmosphériques qui en retour permettent d’interpréter les changements de concentrations mesurés.

Plusieurs chercheurs au LSCE travaillent sur des modèles dits "inverses", qui permettent à partir des mesures de concentrations atmosphériques, de déduire les flux de CO₂ émis ou absorbés à la surface des continents et des océans. Les mesures de CO₂ à partir de satellites sont aussi depuis peu incorporées aux modèles "inverses".

Le LSCE observe et modélise aussi l’océan et son couplage avec les cycles biogéochimiques lié au carbone (rôles joués par le zoo et phytoplancton par exemple). En particulier, l’équipe géochimie troposphérique conçoit et participe à des campagnes de mesures pour évaluer les émissions océaniques d’espèces carbonées (composés organiques volatils, monoxyde de carbone). Pour la modélisation, les problématiques comme l’acidification et l’évolution future des océans sont notamment développées.

La biosphère, par l’intermédiaire de la photosynthèse et de la respiration, joue un rôle important au sein du cycle du carbone. Les modèles biosphériques au LSCE peuvent prévoir l’évolution dynamique des différents types de végétation (forêts, pairies, cultures ...) dans le temps. Le LSCE est aussi un leader reconnu grâce à ses simulations couplées climat-carbone. Ces modélisations complexes apportent des réponses à des questions comme : qu’adviendra-t’il de l’équilibre des échanges entre l’atmosphère et la biosphère dans le cadre du changement climatique futur ?

Les recherches en paléoclimat font aussi intervenir le cycle du carbone. Le CO₂ et CH₄ passés peuvent être mesurés dans les bulles d’air piégées dans des carottes de glace. Au niveau de la modélisation, le rôle du CO₂ dans les transitions entre périodes glaciaires et interglaciaires est par exemple étudié.